音视频总结

H264介绍

H264视频压缩算法现在无疑是所有视频压缩技术中使用最广泛，最流行的。随着 x264/openh264以及ffmpeg等开源库的推出，大多数使用者无需再对H264的细节做过多的研究，这大降低了人们使用H264的成本。H264压缩技术主要采用了以下几种方法对视频数据进行压缩。包括：

• 帧内预测压缩，解决的是空域数据冗余问题。
• 帧间预测压缩（运动估计与补偿），解决的是时域数据冗余问题。
• 整数离散余弦变换（DCT），将空间上的相关性变为频域上无关的数据然后进行量化。
• CABAC压缩。

经过压缩后的帧分为：I帧，P帧和B帧：

• I帧：关键帧，采用帧内压缩技术。
• P帧：向前参考帧，在压缩时，只参考前面已经处理的帧。采用帧音压缩技术。
• B帧：双向参考帧，在压缩时，它即参考前而的帧，又参考它后面的帧。采用帧间压缩技术。

除了I/P/B帧外，还有图像序列GOP。GOP是两个I帧之间的一个图像序列，在一个图像序列中只有一个I帧。如下图所示：

H264/H265有什么区别？

同样的画质和同样的码率，H265比H264占用的存储空间要少理论50%。如果存储空间一样大，那么意味着，在一样的码率下H.265会比H.264 画质要高一些理论值是30%~40%。

比起H.264，H.265提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，最小的8x8到最大的64x64。信息量不多的区域(颜色变化不明显)划分的宏块较大，编码后的码字较少，而细节多的地方划分的宏块就相应的小和多一些，编码后的码字较多，这样就相当于对图像进行了有重点的编码，从而降低了整体的码率，编码效率就相应提高了。

H.265标准主要是围绕着现有的视频编码标准H.264，在保留了原有的某些技术外，增加了能够改善码流、编码质量、延时及算法复杂度之间的关系等相关的技术。H.265研究的主要内容包括，提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度。

1、版本

H.265是新的编码协议，也即是H.264的升级版。H.265标准保留H.264原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置；

２、降码率

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，H.264中每个宏块（macroblock/MB）大小都是固定的16x16像素，而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64；

3、新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置；

4、采用了块的四叉树划分结构

H.265相比H.264最主要的改变是采用了块的四叉树划分结构，采用了从64x64~8x8像素的自适应块划分，并基于这种块划分结构采用一系列自适应的预测和变换等编码技术；

5、算法优化

H264由于算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送；H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P（分辨率1280*720）普通高清音视频传送；

6、同样的画质和同样的码率，H.265比H2.64 占用的存储空间要少理论50%；

7、占用的存储空间缩小

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，H.264中每个宏块（macroblock/MB）大小都是固定的16x16像素，而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。那么，在相同的图象质量下，相比于H.264，通过H.265编码的视频大小将减少大约39-44%；

FLV

音视频基础：FLV封装格式介绍及解析 - 知乎 (zhihu.com)

AAC介绍

AAC是高级音频编码（Advanced Audio Coding）的缩写，被认为是MP3的继任者，相对MP3有更高的压缩效率。由Fraunhofer IIS、杜比实验室、AT&T、Sony（索尼）等公司共同开发。出现于1997年，最初是基于MPEG-2的音频编码技术，目的是取代MP3格式。2000年，MPEG-4标准出台，AAC重新集成了其它技术包括SBR或PS特性，目前AAC可以定义为⼀种由 MPEG-4 标准定义的有损音频压缩格式。AAC被iPhone、iTunes以及大多数便携式设备所使用。

(1). AAC是一种高压缩比的音频压缩算法，但它的压缩比要远超过较老的音频压缩算法，如AC-3、MP3等。并且其质量可以同未压缩的CD音质相媲美。

(2). 同其他类似的音频编码算法一样，AAC也是采用了变换编码算法，但AAC使用了分辨率更高的滤波器组，因此它可以达到更高的压缩比。

(3). AAC使用了临时噪声重整、后向自适应线性预测、联合立体声技术和量化哈夫曼编码等最新技术，这些新技术的使用都使压缩比得到进一步的提高。

(4). AAC支持更多种采样率和比特率、支持1个到48个音轨、支持多达15个低频音轨、具有多种语言的兼容能力、还有多达15个内嵌数据流。

(5). AAC支持更宽的声音频率范围，最高可达到96kHz，最低可达8KHz，远宽于MP3的16KHz-48kHz的范围。

(6). 不同于MP3及WMA，AAC几乎不损失声音频率中的甚高、甚低频率成分，并且比WMA在频谱结构上更接近于原始音频，因而声音的保真度更好。

(7). AAC采用优化的算法达到了更高的解码效率，解码时只需较少的处理能力。

RTMP

• 一篇文章搞清楚直播协议RTMP - 知乎 (zhihu.com)
• RTMP协议分析及推流过程_音视频开发老舅的博客-CSDN博客_rtmp推流

在如火如荼的直播行业中，RTMP是一个重要的协议，它在实时音视频场景中使用非常广泛，而且目前市占率很高。

RTMP协议是应用层协议，是要靠底层可靠的传输层（TCP）。协议（通常是TCP）来保证信息传输的可靠性的。在基于传输层协议的链接建立完成后，RTMP协议也要客户端和服务器通过“握手”来建立基于传输层链接之上的RTMP Connection链接。播放一个RTMP协议的流媒体需要经过以下几个步骤：握手，建立网络连接，建立网络流，播放。服务器和客户端之间只能建立一个网络连接，但是基于该连接可以创建很多网络流。

为什么传输层已经建立了TCP连接，RTMP还需要再次建立一个连接，有这个必要吗？

因为它们需要商量一些事情，保证以后的传输能正常进行。主要就是两个事情，一个是版本号，如果客户端、服务器的版本号不一致，则不能工作。另一个就是时间戳，视频播放中，时间是很重要的，后面的数据流互通的时候，经常要带上时间戳的差值，因而一开始双方就要知道对方的时间戳。

RTMP拉流的核心流程如下：

推流过程：

RTP

RTP全名是Real-time Transport Protocol（实时传输协议）。RTP用来为IP网上的语音、图像、传真等多种需要实时传输的多媒体数据提供端到端的实时传输服务。RTP为Internet上端到端的实时传输提供时间信息和流同步，但并不保证服务质量，服务质量由RTCP来提供。

RTP是一种运行在传输层的协议，通常基于 UDP 协议，但也支持 TCP 协议。RTP数据包由两部分组成，一部分是RTP Header，一部分是RTP Payload，RTP Header占用最少12个字节，最多72个字节；另一部分是RTP Payload，用来封装实际的数据负载，例如h264的裸码流数据。

当应用程序提供RTSP协议建立一个RTP会话时，应用程序将确定一对目的传输地址（一个网络地址和两个端口号），其中两个端口号中的偶数端口是分配给RTP进行裸码流数据传输的，奇数端口则是分配给RTCP进行传输控制的。

1. RTP的发送过程如下：从上层接收流媒体信息码流（如H.264），封装成RTP数据包；RTCP从上层接收控制信息，封装成RTCP控制包。
2. 将RTP 数据包发往UDP端口对中偶数端口；RTCP将RTCP控制包发往UDP端口对中的接收端口。

RTP需要RTCP为其服务质量提供保证，因此下面介绍一下RTCP的相关知识。

RTCP的主要功能是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，各参与者可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。

RTCP功能：

1、服务质量的监视与反馈

在RTP会话期间，每个会话参与者周期性地向所有其他参与者发送RTCP控制信息包。每个RTCP信息包不封装声音数据或者电视数据，而是封装发送端或接收端的统计报表。这些信息包括发送的信息包数目、丢失的信息包数目和信息包的抖动等情况，这些反馈信息反映了当前的网络状况，对发送端、接收端或者网络管理员都非常有用。

2、确定 RTP用户源

RTCP为每个RTP用户提供了一个全局唯一的规范名称 (Canonical Name)标志符 CNAME，接收者使用它来追踪一个RTP进程的参加者。当发现冲突或程序重新启动时，RTP中的同步源标识符SSRC可能发生改变，接收者可利用CNAME来跟踪参加者。同时，接收者也需要利用CNAME在相关RTP连接中的几个数据流之间建立联系。当 RTP需要进行音视频同步的时候，接受者就需要使用 CNAME来使得同一发送者的音视频数据相关联，然后根据RTCP包中的计时信息(Network time protocol)来实现音频和视频的同步。

3、控制 RTCP传输间隔

由于每个对话成员定期发送RTCP信息包，随着参加者不断增加，RTCP信息包频繁发送将占用过多的网络资源，为了防止拥塞，必须限制RTCP信息包的流量，控制信息所占带宽一般不超过可用带宽的 5%，因此就需要调整 RTCP包的发送速率。由于任意两个RTP终端之间都互发 RTCP包，因此终端的总数很容易估计出来，应用程序根据参加者总数就可以调整RTCP包的发送速率。

4、传输最小进程控制信息

这项功能对于参加者可以任意进入和离开的松散会话进程十分有用，参加者可以自由进入或离开，没有成员控制或参数协调。

ijk总结

在弱网时如何优化

好的网络下视音频能够得到及时的发送，不会造成视音频数据在本地的堆积，直播效果流畅，延时较小。而在弱网网络环境下，视音频数据发送不出去，则需要我们对视音频数据进行处理。

差网络环境下对视音频数据一般有四种处理方式：缓存区设计、网络检测、丢帧处理、降码率处理。

在ff_ffplay_options.h中，找到如下代码：

可以通过修改 framedrop 的值来解决不同步的问题，framedrop 是在视频帧处理不过来的时候丢弃一些帧达到同步的效果。具体设置，在上层Java层中IjkVideoView中：

默认ijkplayer中是1，你可以自行，修改这个值。

在Android中，如果使用了硬编进行编码，在差网络环境下，我们可以实时改变硬编的码率，从而使直播更为流畅。当检测到网络环境较差的时候，在丢帧的同时，我们也可以降低视音频的码率。在Android sdk版本大于等于19的时候，可以通过传递参数给MediaCodec，从而改变硬编编码器出来数据的码率。

Bundle bitrate = new Bundle();
bitrate.putInt(MediaCodec.PARAMETER_KEY_VIDEO_BITRATE, bps * 1024);
mMediaCodec.setParameters(bitrate);

播放卡顿时如何优化

在做音频播放的时候，使用的是开源的ijkplayer播放器，ijkplayer解码使用的是ffmpeg，声音输出使用的是audiotrack，在某机型上面播放遇到锁屏、返回后台、点击home键的时候会出现声音卡顿的现象，会输出下面的log。

W/AudioTrack: releaseBuffer() track 0xcce8b600 disabled due to previous underrun, restarting

实现播放调用步骤是在AsyncTask中，查阅资料发现是因为在线程中播放造成的问题，经过查看asynctask构造方法发现，asynctask会把线程的优先级设置为THREAD_PRIORITY_BACKGROUND后台线程，于是我将线程的优先级设置为THREAD_PRIORITY_URGENT_AUDIO，解决了播放卡顿的问题，我猜测播放线程优先级降低，系统分配时间片会减少，会导致底层ijk读数据输出数据时得不到及时的回应，audiotrack频繁的releasebuffer，restarting声道，造成卡顿。

如何降低ijkplayer延迟效应

通过修改源文件，因为ijkplayer实际上是基于ffplay.c实现的：ijkmedia>ijkplayer>ff_ffplay.c这个文件

static double vp_duration(VideoState *is, Frame *vp, Frame *nextvp) {
    if(vp->serial != nextvp->serial) {
        double duration = nextvp->pts - vp->pts;
        if(isnan(duration) || duration <= 0|| duration > is->max_frame_duration)
            return vp->duration;
      	else
           return duration;
   }else{
    return 0.0;
  }
}

直接换成：

static double vp_duration(VideoState*is,Frame*vp,Frame*nextvp) {
     return vp->duration;
}

接着改staticintffplay_video_thread这个方法：

static int ffplay_video_thread(void*arg){
    FFPlayer*ffp = arg;
    VideoState*is = ffp->is;
    AVFrame*frame =av_frame_alloc();
    doublepts;
    doubleduration;
    intret;
    AVRationaltb = is->video_st->time_base;
    //注释如下一行代码
    //AVRational frame_rate = av_guess_frame_rate(is->ic, is->video_st, NULL);

    //......省略部分代码

    //注释如下一行代码
    //duration = (frame_rate.num && frame_rate.den ? av_q2d((AVRational)  {frame_rate.den, frame_rate.num}) : 0);
    //直接这里写出
    duration=0.01;

   //........
}

改完后发现延迟明显降低，高分辨率开启硬解码，不支持的话会自动切换到软解，就算开启mediacodec，如果设备不支持，显示的解码器也是avcodec软解。

Ijkplayer调用seekTo存在的问题

ijkplyer 在播放部分视频时，调用seekTo的时候，会跳回到拖动前的位置，这是因为视频的关键帧的问题（GOP导致的），视频压缩比较高，而seek只支持关键帧，出现这个情况就是原始的视频文件中i帧比较少，播放器会在拖动的位置找最近的关键帧。所以，目前针对此问题ijkPlayer无解。

注：目前最新版0.8.8相对于之前的版本来说，seekTo的问题应该会小很多，但是不可避免的还是会存在。相关代码：

setOption(IjkMediaPlayer.OPT_CATEGORY_PLAYER, "enable-accurate-seek", 1);

缓存

ijk是在ijkiocache.c中开启缓存的：

ijkio_cache_read()函数是读取视频数据的方法，包括网络读取和文件读取；下面是ijkio_cache_read函数的主要内容：

if (c->cache_file_close) {
    
      //是缓存读关闭了还是写关闭了？应该是写
    return wrapped_url_read(h, dest, to_read); //如果缓存关闭了，就从网络读取
}
if (!c->cache_file_forwards_capacity) {
    
     
  //如果没有设置cache_file_forwards_capacity就开启同步读，否则从本地文件读取
    ret = ijkio_cache_sync_read(h, buf, size); 
    if(ret >=0) {
    
    
    	c->read_logical_pos+= ret;
    }
    call_inject_statistic(h);
    return (int)ret;
}

ijkio_cache_sync_read():

先判读能不能从文件读；如果不能就从网络加载，如果从网络加载会调用wrapped_url_read读取并且会调用sync_add_entry往本地写入，sync_add_entry会调用write(c->fd, buf, size)方法;

cache_file_forwards_capacity：向前缓存的大小，比如1M，如果cache_file_forwards_capacity大于0，那么ijkio_cache_task也会开启写缓存操作，那么上面的缓存写就不生效了。

IjkIOCacheContext和IjkCacheEntry详解：

• IjkIOCacheContext：

logical_size-文件大小，read_logical_pos已读缓存大小，read_inner_pos-读的网络的位置，io_eof_reached读到缓存末尾，cache_physical_pos-已经缓存到的位置，last_physical_pos-上一次缓存的位置，only_read_file-初始化时设置只读不写模式。

• IjkCacheEntry：

描述了进入时开始进入缓存的位置，logical_pos-进入时的逻辑位置，physical_pos-进入时的实际位置，size-已经缓存的大小。

ijkio_cache_sync_read是进行读操作的函数： int64_t physical_target = entry->physical_pos + in_block_pos; //计算缓存开始读取的位置。

IjkCacheEntry，IjkCacheTreeInfo，IjkAVTreeNode：

IjkCacheTreeInfo包含一个根root IjkAVTreeNode，IjkAVTreeNode中的elem是IjkCacheEntry类型；IjkCacheTreeInfo中的值分别是hyu文件中tree开头的的，IjkCacheEntry中的值是hyu中entry开头的。